郑杰
舟山甬舟集装箱码头有限公司
摘要：我司桥吊吊具电缆卷盘控制采用的是“变频+磁滞联轴器”模式，使用四个电机带动卷盘运行，近年来问题出现较多，如吊具电缆卷盘空开频繁跳、电缆磨损严重、磁滞联轴器损坏等，影响了公司的作业效率，也增加了维修保养成本。将吊具电缆卷盘控制方式改造为全变频驱动吊具电缆卷盘系统，避开了磁滞联轴器问题，可以延长电缆的使用寿命，降低整个卷盘系统的故障率。
关键词：电缆卷盘；全变频；变频器；磁滞联轴器
一、现状概述
1.1机械部分
我司1#-6#桥吊吊具电缆卷盘控制采用的是“变频+磁滞联轴器”控制方式，使用四个电机带动卷盘运行，具体结构如图1所示。
图1 改造前电缆卷盘结构
在使用过程中，以下问题出现较多。
（1）我司这几年作业过程中吊具电缆卷盘电机频繁跳空开，检查均为电机轴承磨损严重，分析原因为电机长时间运行导致轴承磨损严重后引起电机轴承窜动，造成电机相间短路。
（2）我司1#-6#桥吊吊具电缆在吊具上架缓冲器处出现不同程度的磨损，几乎每个月都要安排人员进行维修，消耗物资和人力较多。分析原因为吊具在上下高速切换过程中，系统响应迟钝，造成电缆遭受冲击较大，使得电缆在吊具上架缓冲器处磨损较为严重。
（3）每台机吊具电缆卷盘系统涵盖磁滞联轴器、电机各4个，数量较多，工作较长时间后容易产生磁盘少磁、电机制动衬磨损等状况，检查也不方便。同时，对磁滞联轴器力矩的调整也难量化，更换拆卸修理也较为耗时，严重影响设备生产效率。另外磁滞联轴器价格也相对不菲，修理、更换费用也是较为大的开销。
（4）传统老式减速箱轴承选型、设计有一定缺陷，轮齿啮合过程中敲击磨损较为严重，且此种老式减速箱型号已被厂家淘汰使用，因而存在较大安全隐患。
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1.2电气控制部分
我司桥吊吊具电缆卷盘电控系统使用的是西门子6SE70系列，目前西门子6SE70系列变频器全面停产，后续备件采购或为定制方式，将大大延长采购周期，且采购成本将会成倍增加。在备件紧缺的状况下，设备可能会存在停机的风险。考虑桥吊大部分已投用十年，设备电控系统产品将进入生命周期尾期，且后续故障将会大大增加，备件难以采购，我司决定将吊具电缆卷盘电控系统进行升级改造。
二、改造方案
2.1系统控制方式
由于近年来“变频+磁滞联轴器”控制方式的吊具电缆卷盘系统一方面故障越来越多，在一定程度上影响了作业效率；另一方面对电缆的磨损也越来越大，缩短了电缆的使用寿命。我司在经过考察之后，决定采用现阶段使用较多的全变频驱动吊具电缆卷盘系统替代原有的系统。
全变频驱动吊具电缆卷盘系统采用的是“速度控制、力矩限幅闭环”控制模式，主要由变频调速电机（带编码器）、减速器、卷盘、滑环箱、电控系统等组成。吊具电缆卷盘系统变频器根据桥吊主PLC提供的起升高度、起升电机速度，经过计算输出扭矩和转速到电机，同时根据电机编码器传回的数据对扭矩和转速进行实时校正，形成闭环控制，确保卷盘系统的速度始终准确地跟随吊具实际速度，并使电缆在合理范围内受力，延长电缆的使用寿命。
目前，全变频吊具电缆卷盘优势较多：电缆受力可调，跟随效果好，对电缆冲击较小；采用单台电机替换原有四台电机，系统转动惯量减小；维护量减少，易损件减少，维护费用降低。
2.2变频系统选型
我司经过多次考察比较，并结合我司目前现状，选择使用西门子SINAMICS S120系列变频器来替代西门子6SE70系列变频器，我司桥吊主PLC系统为西门子，同种系统新、旧产品通信对接比不同品牌混合较为稳定。另外，一方面我司新采购桥吊卷盘系统采用的是西门子SINAMICS S120产品，考虑到码头产品的通用性，选择西门子S120产品有利于我司库存的控制和成本的节约；另一方面，我司维修人员对西门子系统较为熟悉，在维修点检方面效率要高于其他品牌系统。
2.3减速箱重新选型
原减速箱设计制造存在一定缺陷，轴承与设计槽不相匹配，齿轮啮合过程中，轮齿间敲击震动较为频繁，齿面存在划痕和点伤，长久划痕越来越深，点伤点蚀严重，轮齿有折断风险，对齿轮寿命产生较大影响，存在较大安全隐患。现减速箱摒弃原有的问题，同时一改原来大而沉的形象，逐步小巧起来，结构一目了然，维修维护保养相对更简单。磁滞联轴器已然不存在，合理避开了其可能出现的问题，针对磁滞联轴器的备品备件、维修等就不存在了，节省了较大一笔费用。
三、安装调试
3.1硬件改造
由于我司吊具电缆卷盘在减速箱、磁滞联轴器、电机及变频器方面问题较多，此次采用全部替换的方式进行改造。
3.2软件调试
在完成旧系统拆除和新系统安装工作后，送电之前必须进行送电前安全检查。主要检查项目有确认电机、减速箱、卷盘等机构安装可靠，确认变频驱动系统可靠接地，确认电气布线已按图纸要求进行正确安装, 确认电机的绝缘性是否良好, 检查变频器的输入输出接线。
进入设备调试阶段，依次进行吊具电缆卷盘电机的动态优化和静态优化，并确认电机的运转方向，根据运行结果设定变频器相应的参数。
在调试完成后根据吊具电缆卷盘的试车报告测试吊具跟随起升运行的各种工况，并进行耐久试车，主要检测电机、变频器的温升，各机构元件的工作可靠性，控制系统的稳定性。
四、项目小结
经改造以来，成效还是比较好，故障次数下降较为明显，较好的保证了生产的正常运行。
参考文献
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